背景简介
近日,福建农林大学的关雄教授、潘晓鸿副教授团队详细综述总结了纳米技术在生物农药制剂(如纳米杀虫剂、纳米杀菌剂、纳米生物除草剂和 RNA 杀虫剂)的应用,探索纳米生物农药在植物中可能存在的吸收和运输机制,分析其对环境的影响,并描述了纳米生物农药面临的挑战与潜在的风险。
论文详解
1. 纳米生物农药的应用及其限制因素
生物农药具有毒性小、溶解性好和残留量低的特点,能克服化学农药在农业生产中的不良影响。然而,生物农药药效低、持效期短、田间效果不稳定以及成本高等问题,极大地限制了生物农药的发展与应用,在全球作物保护市场中仅占很小的比例(约5%的市场份额,全球价值约30亿美元)。农药/生物农药的不良性能迫使研究者开发新的具有成本效益的替代策略。因此,纳米技术在农药中的引入可以有效避免传统农用化学品或生物源农药的负面因素制约,并有助于开发毒性更低的生物农药,提高活性成分的稳定性和生物安全性,增强对靶标害虫的活性(如图 1b所示)。
▲ | 图 1. a)纳米技术在农业中的应用:可实现有效成分的可控释放,增加溶解度,且具有持续时间延长、靶向性和适配性强等特点。b) 基于纳米技术可以解决生物农药应用的一些限制因素。 |
纳米生物农药,目前主要包括纳米杀虫剂、纳米杀菌剂、纳米生物除草剂和 RNA 杀虫剂。综述详细阐述了不同类型的纳米生物农药的应用现状,并针对每种类型纳米生物农药的主要代表具体分析其应用情况及发展趋势。
纳米农药与植物的相互作用主要包括三个步骤:
▲ | 图 2. 植物中 NPs 的吸收和运输过程示意图。NPs 能在植物(根、茎、叶)表面沉积或吸附,或渗入角质层和表皮,再通过同质体或外质体向维管组织迁移,或者通过维管组织输送到植物的其他部位。 |
总结展望
纳米技术有望通过传统农药/生物农药的纳米化来提高其有效性和安全性,是解决农业生产难题的最有潜力的解决方案之一。纳米制剂的发展将促进未来十年纳米生物农药在农业生产领域的应用。
本综述简要说明了一些纳米材料的潜在用途,并结合当前和未来的应用场景讨论了纳米技术在各类生物农药中的应用策略。评估了纳米生物农药在植物中的吸收和转运,并讨论了纳米生物农药在使用中涉及的现场评估、法规和风险。
论文信息
https://doi.org/10.1039/D2EN00605G
作者简介
福建农林大学
本文第一/通讯作者,生物农药与化学生物学教育部重点实验室副主任,福建农林大学植物保护学院副教授,硕士生导师,入选第二届福建省科协青年人才托举工程,中国农业生物技术学会微生物生物技术分会理事。在纳米农药、纳米材料抗菌机制等领域取得多项成果,以第一或者通讯作者在《Environmental Science & Technology》,《Water Research》,《Chemical Engineering Journal》,《Journal of Hazardous Materials》,《ACS Applied Materials & Interfaces》,《Journal of Agricultural and Food Chemistry》等国际重要学术期刊发表多篇论文,目前主要开展纳米材料在农药中的应用及其增效机制的研究。
福建农林大学
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Environmental Science: Nano 全面报道具有环境用途的工程纳米材料的设计和应用研究,以及人工与天然纳米材料在生物和环境体系中的相互作用。发文范围包括但不限于:纳米材料在水、空气、土壤、食物和能源可持续性等领域的新应用;纳米材料在生物系统中的相互作用以及纳米毒理学研究;纳米尺度材料的环境宿命、反应性和转化;环境中的纳米尺度过程;可持续性纳米技术,包括纳米材料的合理设计、生命周期评价、风险/效益分析等。
Editor-in-Chief
Peter Vikesland